KR100809233B1 - An apparatus for automatically controlling exposure of image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 이미지 센서 모듈의 자동 노출제어장치는, 렌즈부와, 셔터를 포함하는 이미지 센서부와, 이미지신호 처리부를 포함하는 이미지 센서 모듈에 적용되는 자동 노출 제어 장치에 있어서, 상기 이미지신호 처리부로부터의 이미지 신호에서 평균휘도를 추출하는 휘도 연산부; 상기 휘도 연산부로부터의 평균휘도와 기설정된 기준휘도와의 휘도 오차값에 기초해서 노출조절용 셔터의 속도 고정 또는 보정을 판단하는 휘도보정 판단부; 속도 보정 결정시, 상기 휘도 오차값이 기설정된 미소오차 범위에 포함되면 직접보정을 제어하고, 미소오차 범위를 벗어나면 필터링 보정을 제어하는 보정경로 제어부; 상기 보정경로 제어부의 제어에 따라 상기 휘도 오차값을 필터링하여 휘도오차 필터링값을 출력하는 디지털 필터부; 상기 속도보정 제어부로부터의 휘도 오차값, 또는 상기 디지털 필터부로부터의 휘도오차 필터링값을 이용하여 현재 셔터속도값을 보정하여 제어 셔터속도값을 제공하는 셔터속도 보정부; 및 상기 제어 셔터속도값을 이용하여 상기 이미지 센서부에 포함된 셔터의 속도를 제어하는 셔터속도 제어부를 포함한다.An automatic exposure control apparatus of an image sensor module of the present invention is an automatic exposure control apparatus applied to an image sensor module including a lens unit, an image sensor unit including a shutter, and an image signal processing unit. A luminance calculator for extracting an average luminance from the image signal of the; A luminance correction determining unit that determines the speed fixing or correction of the exposure adjustment shutter based on the luminance error value between the average luminance from the luminance calculating unit and a predetermined reference luminance; A correction path controller for controlling direct correction when the luminance error value is included in a predetermined small error range when determining the speed correction, and controlling filtering correction when it is out of the small error range; A digital filter for filtering the luminance error value and outputting a luminance error filtering value according to the control of the correction path controller; A shutter speed correction unit correcting a current shutter speed value using a luminance error value from the speed correction controller or a luminance error filtering value from the digital filter unit to provide a controlled shutter speed value; And a shutter speed control unit controlling a speed of a shutter included in the image sensor unit by using the control shutter speed value.
이미지 센서 모듈, 자동, 노출제어 Image sensor module, automatic, exposure control
Description
도 1은 종래 디지털 카메라의 이미지 센서의 블록도.1 is a block diagram of an image sensor of a conventional digital camera.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서의 자동 노출 장치의 블록도.2 is a block diagram of an automatic exposure apparatus of an image sensor according to the present invention;
도 3은 본 발명의 디지털 필터의 블록도.3 is a block diagram of a digital filter of the present invention.
도 4는 본 발명에 디지털 필터의 응답 특성 그래프.Figure 4 is a graph of the response characteristics of the digital filter of the present invention.
도 5는 본 발명의 디지털 필터의 계단파형 입력에 대한 출력파형을 보이는 응답 특성 그래프.5 is a response characteristic graph showing an output waveform to the step waveform input of the digital filter of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 자동 노출 제어 장치의 동작 설명을 위한 평균휘도-셔터속도 상관 그래프.Figure 6 is an average luminance-shutter speed correlation graph for explaining the operation of the automatic exposure control apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 셔터 속도별 휘도특성의 산출 방법 설명 그래프.7 is a graph illustrating a method of calculating luminance characteristics for each shutter speed according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 이미지 센서의 자동 노출 제어 방법을 보이는 플로우챠트.8 is a flowchart showing a method for automatically controlling exposure of an image sensor according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 필터링 과정을 보이는 플로우챠트.9 is a flowchart showing a filtering process according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 렌즈부 200 : 이미지 센서부100
300 : 이미지신호 처리부 410 : 휘도 연산부300: image signal processor 410: luminance calculator
420 : 휘도보정 판단부 430 : 보정경로 제어부420: luminance correction determination unit 430: correction path control unit
440 : 디지털 필터부 441 : 곱셈기440: digital filter unit 441: multiplier
442 : 정수 변환부 443 : 제1 레지스터442: integer conversion unit 443: first register
444 : 제2 레지스터 445 : 계수 선택부444: second register 445: coefficient selector
450 : 셔터속도 보정부 460 : 셔터속도 제어부450: shutter speed correction unit 460: shutter speed control unit
Sc : 현재 셔터 속도 Sn : 제어 셔터속도값Sc: Current Shutter Speed Sn: Control Shutter Speed Value
ISc : 현재 셔터속도 인덱스값 ISn : 제어 셔터속도 인덱스값ISc: current shutter speed index value ISn: control shutter speed index value
Yavr : 평균휘도 Yref : 기준휘도Yavr: average luminance Yref: reference luminance
IYavr : 평균휘도 인덱스값 IYref : 기준휘도 인덱스값IYavr: average luminance index value IYref: reference luminance index value
Err-index : 휘도오차 인덱스값 Err-filtering : 휘도오차 필터링값Err-index: Luminance error index value Err-filtering: Luminance error filtering value
MER : 미소오차 범위MER: Micro Error Range
본 발명은 카메라 모듈에 적용되는 이미지 센서의 자동 노출 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 컨트롤러를 이용하지 않고, 평균휘도를 이용하여 적정 노출을 제어하고, 디지털 필터를 이용한 셔터 속도를 변화시킴으로써, 영상의 급격한 휘도변화나 빈번한 휘도변화에 능동적이고 고속으로 동작하는 이미지 센서의 자동 노출 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for automatically controlling exposure of an image sensor applied to a camera module. In particular, by controlling an appropriate exposure using an average luminance without using a microcontroller and changing a shutter speed using a digital filter, The present invention relates to an automatic exposure control apparatus and method for an image sensor that is active and operates at high speed in response to a sudden brightness change or a frequent brightness change of an image.
통상, 일반 카메라에서는, 입력된 영상의 밝기를 자동적으로 적절히 조절하는 자동 노출 조절을 수행하며, 이러한 자동 노출 조절은 조리개의 개구율 조절과, 셔터의 속도 조절을 통해 이루어진다. In general, a general camera performs an automatic exposure control for automatically and appropriately adjusting the brightness of an input image. The automatic exposure control is performed through the aperture ratio of the aperture and the shutter speed.
한편, 디지털 카메라에서는, CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)와 같은 고체 촬상소자를 이미지 센서로 이용하며, 이러한 디지털 카메라에서는 이미지 센서에 촬상되는 시간을 조정하여 노출의 양을 조절한다. 이때 이미지 센서에 촬상되는 시간은 전자셔터의 속도에 해당되고, 이 전자셔터의 속도를 변경하여 영상이 적정 밝기가 조절된다.On the other hand, in a digital camera, a solid-state image sensor such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) is used as an image sensor, and in such a digital camera, the amount of exposure is adjusted by adjusting the time taken by the image sensor. Adjust In this case, the time captured by the image sensor corresponds to the speed of the electronic shutter, and the brightness of the image is adjusted by changing the speed of the electronic shutter.
도 1은 종래 디지털 카메라의 이미지 센서의 블록도이다.1 is a block diagram of an image sensor of a conventional digital camera.
도 1에 도시된 종래 디지털 카메라의 이미지 센서는, 영상을 입사받는 렌즈부(10)와, 셔터를 포함하고, 상기 셔터를 통해 상기 렌즈부(10)로부터의 영상을 촬상하여 전기적인 이미지 신호로 변환하는 이미지 센서부(20)와, 상기 이미지 센서부(20)를 통한 이미지 신호를 영상으로 복원하는 이미지신호 처리부(30)와, 상기 이미지신호 처리부(30)로부터의 이미지 신호에서 밝기를 연산하고, 이 연산된 밝기와 기준밝기와의 차이에 따라 상기 이미지 센서(20)의 셔터를 제어하는 마이크로 콘트롤러(40)를 포함한다.The image sensor of the conventional digital camera shown in FIG. 1 includes a
상기 마이크로 콘트롤러(40)에서의 노출 제어 과정을 설명하면 다음과 같다.The exposure control process in the
상기 마이크로 콘트롤러(Micro-controller)는, 현재 영상의 각 프레임의 밝기를 연산하고(S41), 상기 연산된 밝기와 기준 밝기와의 차이를 연산하고(S42), 상기 밝기의 차이에 따라 밝기 보상값을 연산한 후에(S43), 상기 보상값을 현재 노출 환산값에 더해서 미래적용값을 구하고(S44), 상기 미래적용값을 최소 노출시간의 배수로 근사시켜서 상기 근사시킨 배수값을 구하고(S45), 상기 배수값을 이용하여 상기 이미지 센서(20)의 셔터를 제어한다(S46).The micro-controller calculates the brightness of each frame of the current image (S41), calculates a difference between the calculated brightness and the reference brightness (S42), and calculates a brightness compensation value according to the difference of the brightness. After calculating (S43), the compensation value is added to the current exposure conversion value to obtain a future application value (S44), and the approximated multiple value is obtained by approximating the future application value by a multiple of the minimum exposure time (S45), The shutter of the
그러나, 이와 같은 종래 디지털 카메라에서의 노출 제어 방법에서, 전용 마이크로 콘트롤러(Micro-controller)를 이용하여 적정 노출을 찾기 위한 연산을 수행하는 동안에, 입력 영상의 노출변화가 급격히 변하는 경우에는 적정 노출을 찾기 위해서 장시간이 소요되는 문제점이 있다.However, in the exposure control method of the conventional digital camera, when the exposure change of the input image suddenly changes while performing an operation for finding an appropriate exposure using a dedicated micro-controller, the appropriate exposure is found. There is a problem that takes a long time.
또한, 이미지 신호의 밝기에 대한 정보에 기초해서 연산하는 과정에서, 밝기에 대한 데이터가 너무 크므로, 연산하는 시간이 장시간 소요되는 문제점이 있다.Further, in the process of calculating based on the information on the brightness of the image signal, the data on the brightness is too large, there is a problem that the calculation takes a long time.
뿐만 아니라, 짧은 시간 동안에 노출이 급격하게 자주 변화하는 경우에는, 마이크로 콘트롤러가 급격한 노출 변화를 인식할 수 없게 되므로, 급격한 노출 변화가 있는 경우에는 적정 휘도로 제어하지 못하는 문제점이 있다.In addition, when the exposure changes abruptly frequently for a short time, the microcontroller cannot recognize a sudden change in exposure, and thus, when there is a sudden change in exposure, there is a problem in that it cannot be controlled at an appropriate brightness.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은, 마이 크로 컨트롤러를 이용하지 않고, 평균휘도를 이용하여 적정 노출을 제어하고, 디지털 필터를 이용한 셔터 속도를 변화시킴으로써, 영상의 급격한 휘도변화나 빈번한 휘도변화에 능동적이고 고속으로 동작하는 이미지 센서의 자동 노출 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems, and its object is not to use a microcontroller, but to control the appropriate exposure by using the average brightness, and to change the shutter speed using a digital filter, thereby causing a sudden An object of the present invention is to provide an apparatus and method for automatically controlling exposure of an image sensor that is active and high speed in response to a luminance change or a frequent luminance change.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 이미지 센서 모듈의 자동 노출제어장치는, 영상을 입사받는 렌즈부와, 셔터를 포함하고, 상기 셔터를 통해 상기 렌즈부로부터의 영상을 촬상하여 전기적인 이미지 신호로 변환하는 이미지 센서부와, 상기 이미지 센서부를 통한 이미지 신호를 영상으로 복원하는 이미지신호 처리부를 포함하는 이미지 센서 모듈에 적용되는 자동 노출 제어 장치에 있어서, 상기 이미지신호 처리부로부터의 이미지 신호에서 평균휘도를 추출하는 휘도 연산부; 상기 휘도 연산부로부터의 평균휘도와 기설정된 기준휘도와의 오차에 해당되는 휘도 오차값에 기초해서 노출조절용 셔터의 속도 고정 또는 속도 보정을 판단하는 휘도보정 판단부; 상기 속도 보정 결정시에는, 상기 휘도 오차값이 기설정된 미소오차 범위에 포함되면 상기 셔터의 속도의 직접보정을 제어하고, 상기 휘도 오차값이 기설정된 미소오차 범위를 벗어나면 상기 셔터의 속도의 필터링 보정을 제어하는 보정경로 제어부; 상기 보정경로 제어부의 제어에 따라 상기 휘도 오차값을 필터링하여 휘도오차 필터링값을 출력하는 디지털 필터부; 상기 속도보정 제어부로부터의 휘도 오차값, 또는 상기 디지털 필터부로부터의 휘도오차 필터링값을 이용하여 현재 셔터속도값을 보정하여 제어 셔터속도값을 제공하는 셔터속도 보정부; 및 상기 제어 셔터속도값을 이용하여 상기 이미지 센서부에 포함된 셔터의 속도를 제어하는 셔터속도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, the automatic exposure control apparatus of the image sensor module of the present invention includes a lens unit for receiving an image and a shutter, and the image is taken from the lens unit through the shutter An automatic exposure control apparatus applied to an image sensor module including an image sensor unit for converting an electrical image signal and an image signal processor for restoring an image signal through the image sensor unit into an image, the image from the image signal processor A luminance calculator for extracting an average luminance from the signal; A luminance correction determining unit determining a speed fixing or a speed correction of the exposure adjustment shutter based on a luminance error value corresponding to an error between the average luminance from the luminance calculating unit and a preset reference luminance; In determining the speed correction, if the luminance error value is within a predetermined microerror range, direct compensation of the speed of the shutter is controlled. If the luminance error value is out of a predetermined microerror range, filtering correction of the speed of the shutter is performed. A correction path control unit controlling the control; A digital filter for filtering the luminance error value and outputting a luminance error filtering value according to the control of the correction path controller; A shutter speed correction unit correcting a current shutter speed value using a luminance error value from the speed correction controller or a luminance error filtering value from the digital filter unit to provide a controlled shutter speed value; And a shutter speed control unit controlling a speed of a shutter included in the image sensor unit by using the control shutter speed value.
상기 휘도 연산부는, 현재 셔터 속도에서의 영상의 평균휘도를 각 프레임별로 산출하는 것을 특징으로 한다.The luminance calculator is configured to calculate the average luminance of the image at the current shutter speed for each frame.
상기 휘도보정 판단부는, 사전에 평균휘도별 평균휘도 인덱스값이 매핑된 제1 룩업 테이블을 참조하여 상기 평균휘도를 평균휘도 인덱스값으로 변환하여, 기설정된 기준휘도에 미리 할당된 기준휘도 인덱스값과 상기 평균휘도 인덱스값과의 오차에 해당되는 휘도오차 인덱스값을 구하여, 상기 휘도오차 인덱스값이 '0'이면 현재 셔터속도값을 제어 셔터속도값으로 결정하고, 상기 휘도오차 인덱스값이 '0'이 아니면 현재 셔터속도값의 보정을 제어하는 것을 특징으로 한다.The luminance correction determining unit converts the average luminance into an average luminance index value by referring to a first lookup table to which the average luminance index value for each average luminance is mapped in advance, and the reference luminance index value previously assigned to a predetermined reference luminance. The luminance error index value corresponding to the error with the average luminance index value is obtained. When the luminance error index value is '0', the current shutter speed value is determined as the control shutter speed value, and the luminance error index value is '0'. Otherwise, the correction of the current shutter speed value is controlled.
상기 보정경로 제어부는, 상기 휘도보정 판단부의 제어에 따라, 상기 휘도오차 인덱스값이 기설정된 미소오차 범위에 포함되면, 상기 평균휘도에 해당되는 현재 셔터속도 인덱스값의 직접보정을 제어하고, 기설정된 미소오차 범위에 포함되지 않은 경우, 현재 셔터속도 인덱스값의 필터링보정을 제어하는 것을 특징으로 한다.When the luminance error index value is included in a preset small error range, the correction path controller controls direct correction of a current shutter speed index value corresponding to the average luminance by setting the luminance error index value. If not included in the small error range, it is characterized in that the filtering correction of the current shutter speed index value.
상기 디지털 필터부는, 상기 속도보정 제어부의 제어에 따라 상기 휘도오차 인덱스값을 필터링하여 휘도오차 필터링값을 출력하는 것을 특징으로 한다.The digital filter unit may output the luminance error filtering value by filtering the luminance error index value under the control of the speed compensation controller.
상기 셔터속도 보정부는, 상기 속도보정 제어부로부터의 휘도오차 인덱스값, 또는 상기 디지털 필터부로부터의 휘도오차 필터링값을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값을 보정하여 제어 셔터속도 인덱스값을 결정하는 것을 특징으로 한다.The shutter speed correction unit may determine a controlled shutter speed index value by correcting a current shutter speed index value using a luminance error index value from the speed correction controller or a luminance error filtering value from the digital filter unit. do.
상기 셔터속도 제어부는, 사전에 제어 셔터속도 인덱스값별 제어 셔터속도값이 매핑된 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 제어 셔터속도 인덱스값을 제어 셔터속도값으로 변환하여, 상기 제어 셔터속도값을 이용하여 상기 이미지 센서부의 셔터의 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.The shutter speed control unit converts the control shutter speed index value into a control shutter speed value by referring to a second lookup table to which the control shutter speed value for each control shutter speed index value is mapped in advance, and uses the control shutter speed value. And controlling the speed of the shutter of the image sensor unit.
상기 기설정된 미소오차 범위는, '-2'보다 크거나 같고, '2'보다 작거나 같다"로 설정된 것을 특징으로 한다.The predetermined micro-error range is set to be greater than or equal to '-2' and less than or equal to '2'.
상기 디지털 필터는, 기설정된 계수를 상기 휘도오차 인덱스값에 곱하는 곱셈기; 상기 곱셈기로부터의 출력값을 가장 가까운 정수값으로 변환시켜 오차 필터링값을 출력하는 정수 변환부; 상기 이미지신호의 현재 프레임의 1개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값과 상기 오차 필터링값과의 차이값에 해당되는 제1 차이값을 저장하는 제1 레지스터; 상기 이미지신호의 현재 프레임의 2개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값과 상기 오차 필터링값과의 차이값에 해당되는 제1 차이값을 저장하는 제2 레지스터; 및 상기 휘도오차 인덱스값과 상기 제1 차이값 및 제2 차이값에 따라 기설정된 필터 계수중에서 하나를 선택하는 계수 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The digital filter may include: a multiplier for multiplying a predetermined coefficient by the luminance error index value; An integer converter configured to convert an output value from the multiplier to a nearest integer value and output an error filtering value; A first register for storing a first difference value corresponding to a difference between a luminance error index value and the error filtering value for one previous frame of the current frame of the image signal; A second register for storing a first difference value corresponding to a difference between a luminance error index value and the error filtering value for two previous frames of the current frame of the image signal; And a coefficient selector configured to select one of preset filter coefficients according to the luminance error index value, the first difference value, and the second difference value.
또한, 본 발명의 이미지 센서 모듈의 자동 노출 제어 방법은, 영상을 입사받는 렌즈부와, 셔터를 포함하고, 상기 셔터를 통해 상기 렌즈부로부터의 영상을 촬상하여 전기적인 이미지 신호로 변환하는 이미지 센서부와, 상기 이미지 센서부를 통한 이미지 신호를 영상으로 복원하는 이미지신호 처리부를 포함하는 이미지 센서 모듈에 적용되는 자동 노출 제어 장치에 있어서, 현재 셔터 속도에서의 영상의 평균휘도를 각 프레임별로 산출하는 평균휘도 연산단계; 사전에 평균휘도별 평균휘도 인덱스값이 매핑된 제1 룩업 테이블을 참조하여 상기 평균휘도를 평균휘도 인덱스값으로 변환하는 인덱스 변환단계; 기설정된 기준휘도에 미리 할당된 기준휘도 인덱스값과 상기 평균휘도 인덱스값과의 오차에 해당되는 휘도오차 인덱스값을 구하는 오차 연산단계; 상기 휘도오차 인덱스값이 '0'이면 현재 셔터속도값을 제어 셔터속도값으로 결정하는 속도 고정 단계; 상기 휘도오차 인덱스값이 '0'이 아닌 경우, 상기 휘도오차 인덱스값이 기설정된 미소오차 범위에 포함되면, 상기 휘도오차 인덱스값을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값을 보정하여 제어 셔터속도 인덱스값을 결정하는 직접 보정단계; 상기 휘도오차 인덱스값이 기설정된 미소오차 범위에 포함되지 않은 경우, 상기 휘도오차 인덱스값의 필터링하여 휘도오차 필터링값을 구하는 필터링 단계; 상기 디지털 필터부로부터의 휘도오차 필터링값을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값을 보정하여 제어 셔터속도 인덱스값을 결정하는 필터링 보정단계; 상기 제어 셔터속도 인덱스값별 셔터속도값이 매핑된 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 제어 셔터속도 인덱스값을 제어 셔터속도값으로 변환하는 속도 변환단계; 및 상기 제어 셔터속도값을 이용하여 상기 이미지 센서부의 셔터의 속도를 제어하는 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the automatic exposure control method of the image sensor module of the present invention includes an image sensor for receiving an image and a shutter, and an image sensor for capturing the image from the lens unit through the shutter and converting the image into an electrical image signal An automatic exposure control apparatus applied to an image sensor module including an image signal processing unit for restoring an image signal through the image sensor unit to an image, the average calculating an average luminance of an image at a current shutter speed for each frame. Luminance calculation step; An index conversion step of converting the average luminance into an average luminance index value by referring to a first lookup table to which an average luminance index value for each average luminance is mapped in advance; An error calculating step of obtaining a luminance error index value corresponding to an error between a reference luminance index value previously assigned to a preset reference luminance and the average luminance index value; A speed fixing step of determining a current shutter speed value as a control shutter speed value when the luminance error index value is '0'; When the luminance error index value is not '0', when the luminance error index value is included in a preset small error range, the current shutter speed index value is corrected using the luminance error index value to control the shutter speed index value. A direct correction step of determining; A filtering step of obtaining a luminance error filtering value by filtering the luminance error index value when the luminance error index value is not included in a predetermined small error range; A filtering correction step of determining a control shutter speed index value by correcting a current shutter speed index value by using the luminance error filtering value from the digital filter unit; A speed conversion step of converting the control shutter speed index value into a control shutter speed value by referring to a second lookup table to which the shutter speed value for each control shutter speed index value is mapped; And a controlling step of controlling the speed of the shutter of the image sensor unit by using the control shutter speed value.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들 은 동일한 부호를 사용할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings referred to in the present invention, components having substantially the same configuration and function will use the same reference numerals.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서의 자동 노출 장치의 블록도이다.2 is a block diagram of an automatic exposure apparatus of an image sensor according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이미지 센서는, 영상을 입사받는 렌즈부(100)와, 셔터를 포함하고, 상기 셔터를 통해 상기 렌즈부(100)로부터의 영상을 촬상하여 전기적인 이미지 신호로 변환하는 이미지 센서부(200)와, 상기 이미지 센서부(200)를 통한 이미지 신호를 영상으로 복원하는 이미지신호 처리부(300)와, 상기 이미지신호 처리부(300)로부터의 평균휘도에 기초해서 상기 이미지 센서부(200)의 셔터 속도를 제어하는 자동 노출 제어 장치(400)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the image sensor according to the present invention includes a
상기 자동 노출 제어 장치(400)는, 상기 이미지신호 처리부(300)로부터의 이미지 신호에서 평균휘도를 추출하는 휘도 연산부(410)와, 상기 휘도 연산부(410)로부터의 평균휘도와 기설정된 기준휘도와의 오차에 해당되는 휘도 오차값에 기초해서 노출조절용 셔터의 속도 고정 또는 속도 보정을 판단하는 휘도보정 판단부(420)와, 상기 속도 보정 결정시에는, 상기 휘도 오차값이 기설정된 미소오차 범위에 포함되면 상기 셔터의 속도의 직접보정을 제어하고, 상기 휘도 오차값이 기설정된 미소오차 범위를 벗어나면 상기 셔터의 속도의 필터링 보정을 제어하는 보정경로 제어부(430)와, 상기 보정경로 제어부(430)의 제어에 따라 상기 휘도 오차값을 필터링하여 휘도오차 필터링값을 출력하는 디지털 필터부(440)와, 상기 속도보정 제어부(430)로부터의 휘도 오차값, 또는 상기 디지털 필터부(440)로부터의 휘도오차 필터링값을 이용하여 현재 셔터속도값을 보정하여 제어 셔터속도값을 제공하는 셔터속도 보정부(450)와, 상기 제어 셔터속도값을 이용하여 상기 이미지 센서부(120)에 포함된 셔터의 속도를 제어하는 셔터속도 제어부(460)를 포함한다.The automatic
상기 휘도 연산부(410)는, 현재 셔터 속도(Sc)에서의 영상의 평균휘도(Yavr)를 각 프레임별로 산출하여 각 프레임별 평균휘도를 출력한다.The
상기 휘도보정 판단부(420)는, 사전에 평균휘도별 평균휘도 인덱스값이 매핑된 제1 룩업 테이블을 참조하여 상기 평균휘도(Yavr)를 평균휘도 인덱스값(IYavr)으로 변환하여, 기설정된 기준휘도(Yref)에 미리 할당된 기준휘도 인덱스값(IYref)과 상기 평균휘도 인덱스값(IYavr)과의 오차에 해당되는 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 구하여, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 '0'이면 현재 셔터속도값(Sc)을 제어 셔터속도값(Sn)으로 결정하고, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 '0'이 아니면 현재 셔터속도값(Sc)의 보정을 제어한다.The
상기 보정경로 제어부(430)는, 상기 휘도보정 판단부(420)의 제어에 따라, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 기설정된 미소오차 범위(MER:Minimum Error Range)에 포함되면, 상기 평균휘도에 해당되는 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)의 직접보정을 제어하고, 기설정된 미소오차 범위(MER)에 포함되지 않은 경우, 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)의 필터링보정을 제어한다.If the luminance error index value Err-index is included in a predetermined minimum error range (MER) under the control of the
상기 디지털 필터부(440)는, 상기 속도보정 제어부(430)의 제어에 따라 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 필터링하여 휘도오차 필터링값(Err-filtering)을 출력한다.The
상기 셔터속도 보정부(450)는, 상기 속도보정 제어부(430)로부터의 휘도오차 인덱스값(Err-index), 또는 상기 디지털 필터부(440)로부터의 휘도오차 필터링값(Err-filtering)을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)을 보정하여 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)을 결정한다.The shutter
상기 셔터속도 제어부(460)는, 사전에 제어 셔터속도 인덱스값별 제어 셔터속도값이 매핑된 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)을 제어 셔터속도값(Sn)으로 변환하여, 상기 제어 셔터속도값(Sn)을 이용하여 상기 이미지 센서부(120)의 셔터의 속도를 제어한다.The shutter
도 3은 본 발명의 디지털 필터의 블록도이다.3 is a block diagram of a digital filter of the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 디지털 필터(440)는, 기설정된 계수를 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)에 곱하는 곱셈기(441)와, 상기 곱셈기(441)로부터의 출력값을 가장 가까운 정수값으로 변환시켜 오차 필터링값(Err-filtering)을 출력하는 정수 변환부(442)와, 상기 이미지신호의 현재 프레임의 1개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 오차 필터링값(Err-filtering)과의 차이값에 해당되는 제1 차이값을 저장하는 제1 레지스터(443)와, 상기 이미지신호의 현재 프레임의 2개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 오차 필터링값(Err-filtering)과의 차이값에 해당되는 제1 차이값을 저장하는 제2 레지스터(444)와, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 제1 차이값(DV1) 및 제2 차 이값(DV2)에 따라 기설정된 필터 계수중에서 하나를 선택하는 계수 선택부(445)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the
이러한 본 발명의 디지털 필터로는 1차 IIR(Infinite Impulse Response) 필터가 이용될 수 있다.As the digital filter of the present invention, a first order Infinite Impulse Response (IRR) filter may be used.
도 4는 본 발명에 디지털 필터의 응답 특성 그래프이다.Figure 4 is a graph of the response characteristics of the digital filter in the present invention.
도 4에서, 본 발명의 디지털 필터가 서로 다른 계수에서 응답하는 특성을 보이는 그래프로서, 각각의 응답곡선은 안정상태에 이르는 시상수(time constant)가 다른 곡선들로서, 완만하게 상승하는 응답을 보이는 곡선의 계수를 사용하면 안정상태에 이르는 시상수가 커지게 되고, 즉, 적정 노출을 찾는데 시간이 오래 걸리게 된다. 또는, 가파르게 상승하는 응답을 보이는 곡선의 계수를 사용하면 안정상태에 이르는 시상수가 작고, 즉, 빠른 시간내에 적정 노출을 찾을 수 있다.4 is a graph showing the characteristics of the digital filter of the present invention responding at different coefficients, each response curve is a curve showing a slowly rising response as the curves are different in the time constant to reach a steady state Using the coefficients increases the time constant to reach a steady state, that is, it takes a long time to find the appropriate exposure. Alternatively, using a curve coefficient with a steeply rising response, the time constant to reach a steady state is small, i.e., an appropriate exposure can be found in a short time.
도 5는 본 발명의 디지털 필터의 계단파형 입력에 대한 출력파형을 보이는 응답 특성 그래프이다.5 is a response characteristic graph showing an output waveform with respect to the step waveform input of the digital filter of the present invention.
도 5에서, '0'에서 '1'로 천이하는 계단파형을 본 발명의 디지털 필터에 입력하는 경우에, 본 발명의 디지털 필터의 출력파형을 보인다. 이때, 도 5에서는, 본 발명의 디지털 필터의 출력에서 '1'이 출력되는 시점 이후를 안정상태라 하며, '0'에서부터 '1'이 출력되기까지의 시간을 시상수라 한다.In Fig. 5, when the step waveform transitioning from '0' to '1' is input to the digital filter of the present invention, the output waveform of the digital filter of the present invention is shown. At this time, in Fig. 5, the time after the point '1' is output from the output of the digital filter of the present invention is referred to as a stable state, the time from '0' to '1' is referred to as the time constant.
도 6은 본 발명에 따른 자동 노출 제어 장치의 동작 설명을 위한 평균휘도-셔터속도 상관 그래프이다.6 is an average luminance-shutter speed correlation graph for explaining the operation of the automatic exposure control apparatus according to the present invention.
도 6에서, 그래프의 세로축은 영상의 평균휘도(Yavr)이고, 그래프의 가로축은 셔터 속도(S)를 나타내고, 이러한 그래프를 참조하면, 셔터속도(S)가 느릴수록 평균휘도(Yavr)는 높아지고, 셔터 속도(S)가 빠를수록 평균휘도는 낮아진다.In FIG. 6, the vertical axis of the graph represents the average luminance Yavr of the image, and the horizontal axis of the graph represents the shutter speed S. Referring to these graphs, the slower the shutter speed S, the higher the average luminance Yavr. The faster the shutter speed S, the lower the average brightness.
도 7은 본 발명에 따라 셔터 속도별 휘도특성의 산출 방법 설명 그래프이다.7 is a graph illustrating a method of calculating luminance characteristics for each shutter speed according to the present invention.
도 7에서, 점선은 이미지 센서의 셔터 속도에 대한 휘도특성 그래프이고, 이 점선 특성을 이용하여 실선으로 표현된 자동 노출제어에 필요한 휘도특성 그래프가 산출된다.In Fig. 7, the dotted line is a luminance characteristic graph with respect to the shutter speed of the image sensor, and the luminance characteristic graph required for the automatic exposure control represented by the solid line is calculated using this dotted line characteristic.
도 8은 본 발명에 따른 이미지 센서의 자동 노출 제어 방법을 보이는 플로우챠트이다.8 is a flowchart illustrating a method for automatically controlling exposure of an image sensor according to the present invention.
도 8에서, S100은 현재 셔터 속도(Sc)에서의 영상의 평균휘도(Yavr)를 각 프레임별로 산출하는 평균휘도 연산단계이다. S200은 사전에 평균휘도별 평균휘도 인덱스값이 매핑된 제1 룩업 테이블을 참조하여 상기 평균휘도(Yavr)를 평균휘도 인덱스값(IYavr)으로 변환하는 인덱스 변환단계이다. S300은 기설정된 기준휘도(Yref)에 미리 할당된 기준휘도 인덱스값(IYref)과 상기 평균휘도 인덱스값(IYavr)과의 오차에 해당되는 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 구하는 오차 연산단계이다. S400은 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 '0'이면 현재 셔터속도값(Sc)을 제어 셔터속도값(Sn)으로 결정하는 속도 고정 단계이다. S500은 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 '0'이 아닌 경우, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 기설정된 미소오차 범위(MER:Minimum Error Range)에 포함되면, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)을 보정하여 제어 셔터속도 인덱스값(ISsc)을 결정하는 직접 보정단계이다. S600은 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 기설정된 미소오차 범위(MER)에 포함되지 않은 경우, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)의 필터링하여 휘도오차 필터링값(Err-filtering)을 구하는 필터링 단계이다. S700은 상기 디지털 필터부(440)로부터의 휘도오차 필터링값(Err-filtering)을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)을 보정하여 제어 셔터속도 인덱스값(ISsc)을 결정하는 필터링 보정단계이다. S800은 상기 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)별 셔터속도값(Sn)이 매핑된 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)을 제어 셔터속도값(Sn)으로 변환하는 속도 변환단계이다. 그리고, S900은 상기 제어 셔터속도값(Sn)을 이용하여 상기 이미지 센서부(120)의 셔터의 속도를 제어하는 제어단계이다.In FIG. 8, S100 is an average luminance calculation step of calculating the average luminance Yavr of the image at the current shutter speed Sc for each frame. S200 is an index conversion step of converting the average luminance Yavr into an average luminance index value IYavr by referring to a first lookup table in which the average luminance index value for each average luminance is mapped in advance. S300 is an error calculating step of obtaining a luminance error index value Err-index corresponding to an error between the reference luminance index value IYref and the average luminance index value IYavr previously assigned to a predetermined reference luminance Yref. . S400 is a speed fixing step of determining the current shutter speed value Sc as the control shutter speed value Sn when the luminance error index value Err-index is '0'. In operation S500, when the luminance error index value Err-index is not '0', when the luminance error index value Err-index is included in a predetermined minimum error range (MER), the luminance error index is determined. This is a direct correction step of determining the control shutter speed index value ISsc by correcting the current shutter speed index value ISc using the index value Err-index. When the luminance error index value Err-index is not included in the predetermined small error range MER, S600 filters the luminance error index value Err-index to filter the luminance error filtering value Err-filtering. This is a filtering step. S700 is a filtering correction step of determining the control shutter speed index value ISsc by correcting the current shutter speed index value ISc by using the luminance error filtering value Err-filtering from the
도 9는 본 발명에 따른 필터링 과정을 보이는 플로우챠트이다.9 is a flowchart showing a filtering process according to the present invention.
도 9에서, S610은 상기 이미지신호의 현재 프레임의 1개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 오차 필터링값(Err-filtering)과의 차이값에 해당되는 제1 차이값을 저장하는 제1 저장단계이다. S620은 상기 이미지신호의 현재 프레임의 2개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 오차 필터링값(Err-filtering)과의 차이값에 해당되는 제1 차이값을 저장하는 제2 저장단계이다. S630은 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 제1 차이값(DV1) 및 제2 차이값(DV2)에 따라 기설정된 필터 계수중에서 계수를 선택하여 상기 곱셈단계에 제공하는 계수 선택단계이다. S640은 상기 계수를 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)에 곱하여 곱셈값을 출력하는 곱셈단계이다. 그리고, S650은 상기 곱셈 값을 가장 가까운 정수값으로 변환시켜 오차 필터링값(Err-filtering)을 출력하는 정수 변환 단계이다.In FIG. 9, S610 is a first difference value corresponding to a difference value between the luminance error index value Err-index and the error filtering value Err-filtering for one previous frame of the current frame of the image signal. The first storage step is to store. S620 stores a first difference value corresponding to a difference between a luminance error index value Err-index and an error filtering value Err-filtering for two previous frames of the current frame of the image signal; Save step. S630 is a coefficient selection step of selecting a coefficient from among predetermined filter coefficients according to the luminance error index value Err-index, the first difference value DV1, and the second difference value DV2, and providing the coefficient to the multiplication step. . S640 is a multiplication step of multiplying the coefficient by the luminance error index value Err-index to output a multiplication value. S650 is an integer conversion step of outputting an error filtering value by converting the multiplication value to the nearest integer value.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation and effects of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈의 자동 노출 제어 장치 및 방법에 대한 동작을 설명한다.An operation of the automatic exposure control apparatus and method of the image sensor module according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 9.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 이미지 센서 모듈의 자동 노출 제어 장치는 이미지 센서 모듈에 적용되며, 상기 이미지 센서 모듈의 동작을 간단히 살펴보면, 상기 이미지 센서 모듈의 렌즈부(100)를 통해 영상은 이미지 센서부(200)로 입사된다. 이때 상기 이미지 센서부(200)는 셔터를 포함하여, 상기 셔터를 통해 상기 렌즈부(100)로부터의 영상을 촬상하여 전기적인 이미지 신호로 변환하여 이미지신호 처리부(300)로 이미지 신호를 출력한다. 그리고, 상기 이미지신호 처리부(300)는 상기 이미지 센서부(200)를 통한 이미지 신호를 영상으로 복원한다.First, referring to FIG. 2, the automatic exposure control apparatus of the image sensor module of the present invention is applied to an image sensor module. Briefly referring to the operation of the image sensor module, an image is obtained through the
이와 같은 영상 처리 과정에서, 본 발명은, 영상의 휘도를 감시하면서 셔터 의 속도를 자동적으로 제어하는 기술로서, 이에 대해 설명한다.In such an image processing process, the present invention is a technique for automatically controlling the speed of a shutter while monitoring the brightness of an image, which will be described.
도 2를 참조하면, 본 발명의 자동 노출 제어 장치의 휘도 연산부(410)는, 상기 이미지신호 처리부(300)로부터의 이미지 신호에서 평균휘도를 추출하여 휘도보정 판단부(420)에 출력한다.Referring to FIG. 2, the
예를 들어, 상기 휘도 연산부(410)는, 현재 셔터 속도(Sc)에서의 영상의 평균휘도(Yavr)를 각 프레임별로 산출하여 각 프레임별 평균휘도(Yavr)를 상기 휘도보정 판단부(420)에 출력한다(도 8의 S100에 해당됨).For example, the
다음, 상기 휘도보정 판단부(420)는, 상기 휘도 연산부(410)로부터의 평균휘도와 기설정된 기준휘도와의 오차에 해당되는 휘도 오차값에 기초해서 노출조절용 셔터의 속도 고정 또는 속도 보정을 판단하여 셔터속도 제어부(460)에 셔터 속도의 고정 또는 보정을 제어하고, 보정경로 제어부(430)에 휘도 오차값을 제공한다.Next, the luminance
예를 들어, 상기 휘도보정 판단부(420)는, 사전에 평균휘도별 평균휘도 인덱스값이 매핑된 제1 룩업 테이블을 참조하여 상기 평균휘도(Yavr)를 평균휘도 인덱스값(IYavr)으로 변환하여(도 8의 S200에 해당됨), 기설정된 기준휘도(Yref)에 미리 할당된 기준휘도 인덱스값(IYref)과 상기 평균휘도 인덱스값(IYavr)과의 오차에 해당되는 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 구하여(도 8의 S300에 해당됨), 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 '0'인지의 여부를 판단하여(도 8의 S410에 해당됨), 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 '0'이면 현재 셔터속도값(Sc)을 제어 셔터속도값(Sn)으로 결정하고(도 8의 S420에 해당됨), 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)이 '0'이 아니면 현재 셔터속도값(Sc)의 보정을 제어한다.
여기서, 상기 제1 룩업 테이블에 대한 일예를 하기 표 1과 같이 보일 수 있다.
Here, an example of the first lookup table may be shown in Table 1 below.
다음, 상기 보정경로 제어부(430)는, 상기 속도 보정 결정시에는, 상기 휘도 오차값이 기설정된 미소오차 범위에 포함되면 상기 셔터의 속도의 직접보정을 제어하고, 상기 휘도 오차값이 기설정된 미소오차 범위를 벗어나면 디지털 필터부(440)에 상기 셔터의 속도의 필터링 보정을 제어한다.Next, when the speed correction is determined, the
예를 들면, 상기 보정경로 제어부(430)는, 상기 휘도보정 판단부(420)의 제어에 따라, 상기 휘도오차 \인덱스값(Err-index)이 기설정된 미소오차 범위(MER:Minimum Error Range)에 포함되면, 상기 평균휘도에 해당되는 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)의 직접보정을 제어하고, 기설정된 미소오차 범위(MER)에 포함되지 않은 경우, 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)의 필터링보정을 제어한다.For example, the
상기 기설정된 미소오차 범위는, 휘도오차가 작은 변화인지를 판단하기 위한 범위로서, 이는 적용 시스템의 사용환경에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 예를 들면, '-2'보다 크거나 같고, '2'보다 작거나 같다"로 설정될 수 있다(도 8의 S510에 해당됨).The predetermined small error range is a range for determining whether the luminance error is a small change, which may be set differently according to the use environment of the application system. For example, the predetermined small error range is greater than or equal to '-2', It may be set to 'less than or equal to' (corresponding to S510 of FIG. 8).
다음, 상기 디지털 필터부(440)는, 상기 보정경로 제어부(430)의 제어에 따라 상기 휘도 오차값을 필터링하여 휘도오차 필터링값을 셔터속도 보정부(450)에 출력한다.Next, the
예를 들면, 상기 디지털 필터부(440)는, 상기 속도보정 제어부(430)의 제어에 따라 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 필터링하여 휘도오차 필터링값(Err-filtering)을 출력한다(도 8의 S600에 해당됨).For example, the
다음, 상기 셔터속도 보정부(450)는, 상기 속도보정 제어부(430)로부터의 휘도 오차값, 또는 상기 디지털 필터부(440)로부터의 휘도오차 필터링값을 이용하여 현재 셔터속도값을 보정하여 제어 셔터속도값을 셔터속도 제어부(460)에 제공한다.Next, the shutter
보다 구체적으로는, 상기 셔터속도 보정부(450)는, 상기 보정경로 제어부(430)의 직접보정 제어시에는 상기 속도보정 제어부(430)로부터의 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)을 보정한다(도 8의 S520에 해당됨). 이와 달리, 상기 셔터속도 보정부(450)는, 상기 보정경로 제어부(430)의 필터링보정 제어시에는 상기 디지털 필터부(440)로부터의 휘도오차 필터링값(Err-filtering)을 이용하여 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)을 보정한다(도 8의 S700에 해당됨). 이러한 보정과정을 통해서, 상기 셔터속도 보정부(450)는 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)을 결정한다More specifically, the shutter
예를 들어, 상기 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)은 상기 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)에 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)을 더하여 구할 수 있고, 또는 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)은 상기 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)에 상기 휘도오차 필터링값(Err-filtering)을 더하여 구할 수 있다.For example, the control shutter speed index value ISn can be obtained by adding the luminance error index value Err-index to the current shutter speed index value ISc, or the control shutter speed index value ISn is The luminance error filtering value Err-filtering may be added to the current shutter speed index value ISc.
다음, 상기 셔터속도 제어부(460)는, 상기 제어 셔터속도값을 이용하여 상기 이미지 센서부(120)에 포함된 셔터의 속도를 제어한다.Next, the shutter
예를 들면, 상기 셔터속도 제어부(460)는, 상기 휘도보정 판단부(420)의 셔터속도 고정제어시에는, 이전의 셔터속도로 상기 이미지 센서부(120)의 셔터의 속도를 제어한다. 이와 달리, 상기 휘도보정 판단부(420)의 셔터속도 보정제어시에는, 사전에 제어 셔터속도 인덱스값별 제어 셔터속도값이 매핑된 제2 룩업 테이블을 참조하여 상기 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)을 제어 셔터속도값(Sn)으로 변환하여, 상기 제어 셔터속도값(Sn)을 이용하여 상기 이미지 센서부(120)의 셔터의 속도를 제어한다(도 8의 S900에 해당됨).
여기서, 상기 제2 룩업 테이블에 대한 예를 하기 표2와 같이 보일 수 있다.
Here, an example of the second lookup table may be shown as Table 2 below.
도 3 및 도 9를 참조하여 상기 디지털 필터(440)의 동작에 대해 자세히 설명한다.An operation of the
도 3 및 도 9를 참조하면, 전원이 인가하게 되면 상기 제1 레지스터1(443)과 제2 레지스터2(444)는 초기값 '0'을 가지고, 이후, 상기 디지털 필터(440)의 제1 레지스터(443)는, 상기 이미지신호의 현재 프레임의 1개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 오차 필터링값(Err-filtering)과의 차이값에 해당되는 제1 차이값(DV1)을 저장한다(도 9의 S610에 해당됨). 그리고, 상기 제2 레지스터(444)는, 상기 이미지신호의 현재 프레임의 2개 이전 프레임에 대한 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 오차 필터링값(Err-filtering)과의 차이값에 해당되는 제2 차이값(DV2)을 저장한다(도 9의 S620에 해당됨).3 and 9, when power is applied, the
그리고, 상기 디지털 필터(440)의 계수 선택부(445)는, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 제1 차이값(DV1) 및 제2 차이값(DV2)에 따라 기설정된 필터 계수중에서 하나를 선택한다(도 9의 S630에 해당됨).In addition, the
상기 디지털 필터(440)의 곱셈기(441)는, 기설정된 계수를 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)에 곱하여 정수 변환부(442)로 출력한다(도 9의 S640에 해당됨). 상기 정수 변환부(442)는, 상기 곱셈기(441)로부터의 출력값을 가장 가까운 정수값으로 변환시켜 오차 필터링값(Err-filtering)을 출력한다(도 9의 S650에 해당됨).The
예를 들어, 상기 계수 선택부(445)에 대해 자세히 설명한다.For example, the
상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)은 상기 평균휘도 인덱스값(IYavr)에서 기준휘도 인덱스값(IYref)을 감산한 값으로 정의되고, 상기 제1 차이값(DV1)은 현재의 프레임보다 1프레임 이전의 프레임에 대해, 상기 디지털 필터부(440)의 입력에 해당되는 휘도오차 인덱스값(Err-index)에서 상기 디지털 필터부(440)의 출력에 해당되는 오차 필터링값(Err-filtering)을 감산한 값으로 정의되고, 그리고, 상기 제2 차이값(DV2)은 현재의 프레임보다 2프레임 이전의 프레임에 대해, 상기 디지털 필터부(440)의 입력에 해당되는 휘도오차 인덱스값(Err-index)에서 상기 디지털 필터부(440)의 출력에 해당되는 오차 필터링값(Err-filtering)을 감산한 값으로 정의되는 경우에 대해 설명한다.The luminance error index value Err-index is defined as a value obtained by subtracting the reference luminance index value IYref from the average luminance index value IYavr, and the first difference value DV1 is one frame than the current frame. The error filtering value Err-filtering corresponding to the output of the
상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 상기 제1 차이값(DV1) 및 제2 차이값(DV2)들의 부호가 모두 같으면 기설정된 계수중에서 큰 계수값을 선택하고, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)과 제1 차이값의 부호만 같으면 기설정된 계수중 중간 크기의 계수값을 선택하며, 상기 휘도오차 인덱스값(Err-index)의 부호가 상기 제1 차이값의 부호와 다르면 기설정된 계수중 작은 계수값을 선택할 수 있다.If both the luminance error index value Err-index, the first difference value DV1 and the second difference value DV2 have the same sign, a large coefficient value is selected among preset coefficients, and the luminance error index value Err -index) and the first difference value is the same only if the sign of the middle coefficient of the predetermined coefficient is selected, and if the sign of the luminance error index value (Err-index) is different from the sign of the first difference value predetermined coefficient You can select a smaller coefficient value.
이러한 과정을 통해서, 본 발명의 디지털 필터의 입력값은 상기 선택된 계수와 곱해진 후 정수값으로 변환되어 출력된다. 그리고, 하나의 이미지 프레임이 끝나는 즉시, 상기 디지털 필터의 입력값과 출력값의 차이값(입력값 - 출력값)은 제1 레지스터(443)에 저장되고, 동시에 제1 레지스터(443)의 값은 제2 레지스터(444)에 저장된다. 본 발명의 디지털 필터는 상기 동작을 계속 반복한다.Through this process, the input value of the digital filter of the present invention is multiplied by the selected coefficient and then converted into an integer value and output. As soon as one image frame is finished, a difference value (input value-output value) between the input value and the output value of the digital filter is stored in the
또한, 본 발명의 디지털 필터의 계수는 본 발명이 적용되는 이미지 센서의 특성에 따라 여러 개를 산정하여 두고 선택하여 사용할 수 있다.In addition, the coefficient of the digital filter of the present invention can be selected and used by calculating a number of factors according to the characteristics of the image sensor to which the present invention is applied.
도 4를 참조하면, 도 4에 도시된 응답 곡선들은, 본 발명의 디지털 필터부가 안정상태에 도달하는데 걸리는 시상수(time constant)가 서로 다른 곡선들이다. 도 4를 참조하면, 완만하게 상승하는 응답을 보이는 곡선의 계수를 사용하면 안정상태에 이르는 시상수가 커지게 된다. 즉 적정 노출을 찾는 시간이 오래 걸리게 된다. 또한, 가파르게 상승하는 응답을 보이는 곡선의 계수를 사용하면 안정상태에 이르는 시상수가 작다. 이에 따라 빠른 시간내에 적정 노출을 찾는다. Referring to FIG. 4, the response curves illustrated in FIG. 4 are curves having different time constants for reaching the stable state of the digital filter unit of the present invention. Referring to FIG. 4, the use of a coefficient of a curve showing a slowly rising response increases the time constant for reaching a stable state. In other words, finding the appropriate exposure takes a long time. In addition, when the coefficient of the curve showing a steeply rising response is used, the time constant for reaching a stable state is small. As a result, an appropriate exposure is found in a short time.
예를 들어, 어두운 방에서 불을 밝혔을 때와 같이 휘도변화가 급격한 경우에 서는 경사가 급한 응답을 보이는 계수를 가지는 디지털 필터를 이용하여 능동적인 셔터 속도변화가 가능하다. 또한, 디지털 필터에서 사용되는 계수값들은 모든 이미지 센서 모듈에 고정되어 적용되는 값이 아니며 본 발명이 적용되는 이미지 센서의 특성에 따라 수정이 가능하므로 높은 유연성을 제공한다.For example, in the case of a sudden change in luminance, such as when lighting a light in a dark room, active shutter speed can be changed by using a digital filter having a coefficient of steep response. In addition, the coefficient values used in the digital filter are not fixed values applied to all image sensor modules and can be modified according to the characteristics of the image sensor to which the present invention is applied, thereby providing high flexibility.
한편, 본 발명의 자동 노출 제어 장치에서는, 전술한 바와 같이, 적정노출로 보정하기 위해서 셔터 속도가 크게 보정되어야 하는 경우에는 도 4에 도시된 서로 다른 시상수의 응답곡선을 가지는 디지털 필터부를 이용하여 셔터 속도를 빠르고 능동적으로 처리할 수 있다.On the other hand, in the automatic exposure control apparatus of the present invention, as described above, when the shutter speed needs to be largely corrected in order to correct the exposure properly, the shutter is controlled using a digital filter unit having response curves of different time constants shown in FIG. 4. Speed can be processed quickly and actively.
도 5를 참조하면, '0'에서 '1'로 천이하는 계단파형을 본 발명의 디지털 필터에 입력하는 경우에, 본 발명의 디지털 필터의 출력파형을 보인다. 이때, 도 5에서는, 본 발명의 디지털 필터의 출력에서 '1'이 출력되는 시점 이후를 안정상태라 하며, '0'에서부터 '1'이 출력되기까지의 시간을 시상수라 한다.Referring to FIG. 5, when the step waveform transitioning from '0' to '1' is input to the digital filter of the present invention, the output waveform of the digital filter of the present invention is shown. At this time, in Fig. 5, the time after the point '1' is output from the output of the digital filter of the present invention is referred to as a stable state, the time from '0' to '1' is referred to as the time constant.
전술한 바와 같은 본 발명의 자동 노출 제어 장치의 동작 설명에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.An operation description of the automatic exposure control apparatus of the present invention as described above will be described with reference to FIG. 6.
도 6의 그래프를 참조하면, 셔터속도(S)가 느릴수록 평균휘도(Yavr)는 높아지고, 셔터 속도(S)가 빠를수록 평균휘도는 낮아진다. 이때, 기준휘도(Yref)는 휘도 할당값중 중심값을 가진다.Referring to the graph of FIG. 6, the slower the shutter speed S, the higher the average luminance Yavr, and the faster the shutter speed S, the lower the average luminance. In this case, the reference luminance Yref has a center value among the luminance allocation values.
한편, 하기 표 1은 본 발명의 자동 노출제어장치가 사용된 이미지 센서의 특성에 따라 셔터 속도와 평균휘도에 연속적인 값을 할당한 예를 보인다. 하기 표 3에서 기준휘도 인덱스값(IYref)에 할당된 값은 중심 값인 '5'가 할당된 경우에 대해 설명한다. Meanwhile, Table 1 shows an example in which continuous values are assigned to the shutter speed and the average luminance according to the characteristics of the image sensor in which the automatic exposure control apparatus of the present invention is used. In Table 3 below, the value assigned to the reference luminance index IYref will be described for the case where the center value '5' is assigned.
상기 표 3에서, 셔터속도는 제어 셔터속도와 현재 셔터속도로 참조될 수 있고, 셔터속도 인덱스값도 제어 셔터속도 인덱스값과 현재 셔터속도 인덱스값으로 참조될 수 있다.
예를 들어, 상기 표 3을 참조하여 설명하면, 상기 평균휘도(Yavr)가 "191"인 경우에는 상기 평균휘도 인덱스값(IYavr)이 "7"이 되고, 이때, 상기 기준휘도 인덱스값(IYref)에 할당된 값은 중심 값인 '5'이므로, 상기 휘도오차 \인덱스값(Err-index)이 "2(7-5)"가 되고, 상기 제어 셔터속도 인덱스값(ISn)은 휘도오차 인덱스값(Err-index)인 "2"와 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)인 "3"을 더하여 "5"가 되며, 이는 셔터속도 "1/30"에 해당된다.In Table 3, the shutter speed may be referred to as the control shutter speed and the current shutter speed, and the shutter speed index value may also be referred to as the control shutter speed index value and the current shutter speed index value.
For example, referring to Table 3, when the average luminance Yavr is "191", the average luminance index value IYavr becomes "7", and at this time, the reference luminance index value IYref. ), The luminance error \ index value (Err-index) is " 2 (7-5) ", and the control shutter speed index value ISn is the luminance error index value. (Err-index) "2" and the current shutter speed index value (ISc) "3" are added to "5", which corresponds to the shutter speed "1/30".
이는 상기 현재 셔터속도 인덱스값(ISc)인 "3"에 해당되는 셔터속도 "1/8"이 셔터속도 "1/30"으로 보정되어, 이전에 휘도가 너무 밝기 때문에 셔터속도를 보다 빠르게 제어하게 되는 것이다.The shutter speed " 1/8 " corresponding to " 3 " of the current shutter speed index value ISc is corrected to the shutter speed " 1/30 ", so that the shutter speed can be controlled faster because the brightness is too bright. Will be.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 상기 이미지 센서에 입사된 영상의 노출은 셔터 속도에 따라 결정되고, 셔터 속도가 빨라지면 입력 영상의 평균휘도는 낮아지고, 셔터 속도가 느려지면 입력 영상의 평균휘도는 높아지므로, 이를 그래프로 그리면 일정한 형태를 가지게 된다. As described above, according to the present invention, the exposure of the image incident on the image sensor is determined according to the shutter speed, and as the shutter speed increases, the average luminance of the input image decreases, and when the shutter speed decreases, the average of the input image Since the luminance is high, graphing it has a certain shape.
이에 따라, 현재 셔터 속도에서 평균휘도를 구하고, 이미 저장되어 있는 기준 휘도에서의 셔터 속도와 비교 판단하여 새로운 셔터 속도를 구하고, 새로운 셔터 속도는 디지털 필터에 입력되고 그 출력값은 새로운 셔터 속도로 서서히 변하게 되어서 자연스러운 출력 영상을 얻을 수 있다. Accordingly, the average brightness is obtained from the current shutter speed, and the new shutter speed is determined by comparing with the shutter speed at the already stored reference brightness, and the new shutter speed is input to the digital filter, and the output value is gradually changed to the new shutter speed. So that a natural output image can be obtained.
그러므로, 본 발명은 현재 영상의 휘도를 나타나게 하는 평균휘도 인덱스값과 기준휘도 인덱스값을 비교하여 휘도오차에 기초해서 전술한 바와 같은 제어가 수행되며, 이러한 제어결과, 현재 평균휘도가 기준 휘도를 쫓아가게 된다.Therefore, according to the present invention, the above-described control is performed on the basis of the luminance error by comparing the average luminance index value and the reference luminance index value, which show the luminance of the current image, and as a result of this control, the current average luminance tracks the reference luminance. I will go.
도 7을 참조하면, 점선은 이미지 센서의 셔터 속도에 대한 휘도특성 그래프이고, 이 점선 특성을 이용하여 실선으로 표현된 자동 노출제어에 필요한 휘도특성 그래프를 산출한다. 도 7의 점선에서 기준 휘도값(Yref)을 기준으로 하여 선형적인 특성을 보이는 구간에 해당하는 직선의 기울기를 구하고, 최대 휘도값(Ymax) 및 최소 휘도값(Ymin)으로 포화되는 구간에 해당하는 직선의 기울기를 구한다. 이때 각 기울기에서 셔터 속도에 할당된 값과 휘도값을 이용하여 도 7의 실선으로 표현된 자동 노출제어에 적용하는 셔터속도에 대한 휘도특성 그래프를 산출한다. Referring to FIG. 7, the dotted line is a luminance characteristic graph with respect to the shutter speed of the image sensor, and the luminance characteristic graph required for the automatic exposure control represented by the solid line is calculated using this dotted line characteristic. A slope of a straight line corresponding to a section showing linear characteristics based on the reference luminance value Yref is obtained from the dotted line of FIG. 7, and corresponds to a section saturated with the maximum luminance value Ymax and the minimum luminance value Ymin. Find the slope of a straight line. In this case, a luminance characteristic graph of the shutter speed applied to the automatic exposure control represented by the solid line of FIG. 7 is calculated using the value and the luminance value assigned to the shutter speed at each inclination.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is defined by the claims, and the apparatus of the present invention may be substituted, modified, and modified in various ways without departing from the spirit of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that modifications are possible.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 카메라 모듈에 적용되는 이미지 센서의 자동 노출 제어 장치에서, 마이크로 컨트롤러를 이용하지 않고, 평균휘도를 이용하여 적정 노출을 제어하고, 디지털 필터를 이용한 셔터 속도를 변화시킴으로써, 영상의 급격한 휘도변화나 빈번한 휘도변화에 능동적이고 고속으로 동작한다.According to the present invention as described above, in the automatic exposure control apparatus of the image sensor applied to the camera module, by controlling the appropriate exposure using the average brightness, without using a microcontroller, by changing the shutter speed using a digital filter In addition, it operates actively and at high speed in response to sudden brightness change or frequent brightness change of the image.
또한, 평균휘도값을 인덱스값으로 변환하여 계산하므로 고속 연산이 수행되므로 실시간으로 신호를 처리할 수 있으며, 이에 따라 영상의 휘도변화에 능동적으로 동작하는 효과가 있다.In addition, since the average luminance value is converted into an index value and calculated, a high-speed operation is performed so that a signal can be processed in real time, thereby actively operating on a change in luminance of an image.
게다가, 적정 노출을 찾는데 걸리는 시간이 단축될 뿐만 아니라, 급격하게 변하거나 잦은 휘도변화에 능동적으로 대처할 수 있으며, 마이크로 콘트롤러를 사용하지 않으므로 주문형 반도체(application specific integrated circuit : ASIC)로 제작되는 이미지 센서 모듈의 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있다.In addition, the time taken to find the appropriate exposure is not only shortened, but also it can actively cope with the sudden change or frequent brightness changes, and it does not use a microcontroller, so it is an image sensor module made of application specific integrated circuit (ASIC). Can significantly reduce the size.
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